Napady

RU2229449C2 – Expanzní cementová směs – Patenty Google

Publication number RU2229449C2 RU2229449C2 RU2001125180A RU2001125180A RU2229449C2 RU 2229449 C2 RU2229449 C2 RU 2229449C2 RU 2001125180 A RU2001125180 A RU 2001125180 A RU2001125180 A RU 2001125180 A RU 2001125180 A RU 2229449 C2 RU2229449 C2 RU 2229449C2 Authority RU Russia Prior art keywords cement hardening mixture portland cement soda ash Prior art date 2001-09-17 Application number RU2001125180A Other languages English ( en ) Other versions RU2001125180A ( ru Inventor V.I. Magdych (RU) V.I. Magdych V.K. Novosadov (RU) V.K. Novosadov O.A. Utiralov (RU) O.A. Utiralov V.A. Yurchenko (RU) V.A. Yurchenko Original Assignee Closed Joint-Stock Company SibTransUgol Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.) 2001-09-17 Filing date 2001-09-17 Publication date 2004-05-27 2001-09-17 Application filed by Closed Joint-Stock Company «SibTransUgol» filed Critical Closed Joint Stock Company «SibTransUgol» 2001-09-17 Priority to RU2001125180A priority Critical patent/RU2229449C2/ru 2003-07-27 Publication of RU2001125180A publication Critical patent/RU2001125180A/ru 2004-05-27 Application granted granted Critical 2004-05-27 Publication of RU2229449C2 publication Critical patent/RU2229449C2/ru

Klasifikace

- C – CHEMIE; HUTNICTVÍ
- C09 – BARVIVA; BARVY; LEŠTIČKY; PŘÍRODNÍ PRYSKYŘICE; LEPIDLA; JINAK NEUVEDENÉ KOMPOZICE; APLIKACE MATERIÁLŮ JINAK NEUVEDENÝCH
- C09K — MATERIÁLY PRO RŮZNÉ APLIKACE, JINDE NEPOSKYTOVANÉ
- C09K8/00 — Směsi pro vrtání vrtů nebo studní; Směsi pro úpravu vrtů nebo studní, např. pro dostavbu nebo pro sanační operace
- C09K8/42 — Směsi pro tmelení, např. pro cementování pažnic do vrtů; Kompozice pro ucpání, např. pro zabíjení studní
- C09K8/46 — Směsi pro tmelení, např. pro cementování pažnic do vrtů; Kompozice pro ucpání, např. pro zabíjení studní obsahující anorganická pojiva, např. portlandský cement
- C – CHEMIE; HUTNICTVÍ
- C04 – CEMENTY; KONKRÉTNÍ; UMĚLÝ KÁMEN; KERAMIKA; ŽÁRUZORNÉ ŽÁROVKY
- C04B – VÁPENKA, MAGNESIA; STRUSKA; CEMENTY; JEJICH KOMPOZICE, např. MALTY, BETON NEBO PODOBNÉ STAVEBNÍ HMOTY; UMĚLÝ KÁMEN; KERAMIKA; ŽÁRUZORNÉ ŽÁROVKY; ÚPRAVA PŘÍRODNÍHO KAMENE
- C 04B 28/00 – Směsi malt, betonu nebo umělého kamene, obsahující anorganická pojiva nebo reakční produkt anorganického a organického pojiva, např. polykarboxylátové cementy
- C04B28/02 — Směsi malt, betonu nebo umělého kamene obsahující anorganická pojiva nebo reakční produkt anorganického a organického pojiva, např. polykarboxylátové cementy obsahující hydraulické cementy jiné než síran vápenatý
- C04B28/04 — Portlandské cementy
- C – CHEMIE; HUTNICTVÍ
- C04 – CEMENTY; KONKRÉTNÍ; UMĚLÝ KÁMEN; KERAMIKA; ŽÁRUZORNÉ ŽÁROVKY
- C04B – VÁPENKA, MAGNESIA; STRUSKA; CEMENTY; JEJICH KOMPOZICE, např. MALTY, BETON NEBO PODOBNÉ STAVEBNÍ HMOTY; UMĚLÝ KÁMEN; KERAMIKA; ŽÁRUZORNÉ ŽÁROVKY; ÚPRAVA PŘÍRODNÍHO KAMENE
- C04B2103/00 – Funkce nebo vlastnosti přísad do malt, betonu nebo umělého kamene
- C04B2103/10 — Akcelerátory; Aktivátory
- C04B2103/14 — Urychlovače tuhnutí
- C – CHEMIE; HUTNICTVÍ
- C04 – CEMENTY; KONKRÉTNÍ; UMĚLÝ KÁMEN; KERAMIKA; ŽÁRUZORNÉ ŽÁROVKY
- C04B – VÁPENKA, MAGNESIA; STRUSKA; CEMENTY; JEJICH KOMPOZICE, např. MALTY, BETON NEBO PODOBNÉ STAVEBNÍ HMOTY; UMĚLÝ KÁMEN; KERAMIKA; ŽÁRUZORNÉ ŽÁROVKY; ÚPRAVA PŘÍRODNÍHO KAMENE
- C04B2111/00 — Malty, beton nebo umělý kámen nebo směsi k jejich přípravě, charakterizované specifickou funkcí, vlastnostmi nebo použitím
- C04B2111/10 — Směsi nebo jejich složky vyznačující se nepřítomností nebo velmi nízkým obsahem specifického materiálu
- Y – OBECNÉ OZNAČOVÁNÍ NOVÝCH TECHNOLOGICKÝCH VÝVOJŮ; VŠEOBECNÉ OZNAČENÍ PRŮŘEZNÝCH TECHNOLOGIÍ POKRAČUJÍCÍCH V NĚKOLIK SEKCÍCH IPC; TECHNICKÉ PŘEDMĚTY KRYTÉ BÝVALÝMI KŘÍŽOVÝMI UMĚLECKÝMI SBÍRKAMI USPC [XRAC] A DIGETS
- Y02 – TECHNOLOGIE NEBO APLIKACE PRO ZMÍRNĚNÍ NEBO PŘIZPŮSOBENÍ SE ZMĚNĚ KLIMATU
- Y02W – TECHNOLOGIE ZMÍRŇOVÁNÍ ZMĚNY KLIMATU TÝKAJÍCÍ SE ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD NEBO HOSPODÁŘSTVÍ S ODPADY
- Y02W30/00 – Technologie pro nakládání s pevným odpadem
- Y02W30/50 — Technologie opětovného použití, recyklace nebo využití
- Y02W30/91 — Použití odpadních materiálů jako plniva do malt nebo betonu
Krajiny
- Chemické a materiálové vědy (OBLAST)
- Inženýrství a informatika (OBLAST)
- Anorganická chemie (OBLAST)
- Keramické inženýrství (OBLAST)
- Materiálové inženýrství (AREA)
- organická chemie (OBLAST)
- Vědy o živé přírodě a vědy o Zemi (OBLAST)
- Obecné vědy o živé přírodě a vědy o Zemi (OBLAST)
- Chemická kinetika a katalýza (OBLAST)
- Stavební inženýrství (AREA)
- Vytvrzování cementů, betonu a umělého kamene (OBLAST)
Abstraktní
[0001] Vynález se týká oblasti stavebních materiálů, zejména cementových směsí používaných pro upevnění kotev ve skále. V expandující cementové směsi pro upevnění kotev, včetně portlandského cementu, hlinité strusky a sádrové složky, se používá hlinitá struska obsahující oxid křemíku SiO.₂ ne více než 10 % hm. a navíc směs obsahuje aktivátor tuhnutí – sodu v následujícím poměru složek, %: Portlandský cement 50-55; aluminová struska 25-35; sádrová složka 10-20; soda 0,5-2,0 % hmotn. suché směsi. Použitý portlandský cement je neaditivní portlandský cement, který neobsahuje minerální přísady. Technickým výsledkem je vývoj cementové směsi pro upevnění kotev, která poskytuje expanzní efekt v počátečním období, tedy zkrácení doby vytvrzování. 1 z.p. f-ly, 1 tabulka.

Popis

Vynález se týká průmyslu vyrábějícího expandující cementy používané například pro upevňování kotev v důlních dílech, ve stavebnictví a pro jiné účely.

Je známo, že směs se skládá z vrtného kalu, pojiva, vytvrzovací pryskyřice a vody. Pojivo se volí ze skupiny látek reprezentovaných portlandským cementem, hlinitým cementem, struskou, popílkem, kondenzovaným oxidem křemičitým a vápenným práškem, sádrovým cementem nebo směsí uvedených materiálů. Ve směsi tvoří vrtný výplach přibližně 70 % objemových uvedené pojivové složky. Pryskyřice tvořící složka je vybrána ze skupiny látek představovaných produkty modifikace roztoků epoxidových pryskyřic, akrylových pryskyřic apod., jejichž obsah je 1-50 % hmotnosti cementového cementu. Obsah vody ve směsi je 20-175 % cementového materiálu nebo sloučenin tohoto materiálu [1].

Nevýhody známých směsí s pryskyřicotvornými složkami jsou dlouhé doby vytvrzování, vysoká cena, nedostatek, krátká životnost (zejména v případě požárů) a také toxicita kompozic.

Jsou známy kompozice expandujících cementových směsí pro upevnění kotev v důlních dílech a ve stavebnictví, včetně portlandského cementu (nebo portlandského cementového slínku), hlinité strusky (nebo hlinitého cementu) a sádrové složky ve formě jejích různých modifikací (přírodní sádrovec, stavební sádrovec atd.).

Jedním z takových příkladů je složení předpínacího cementu vyrobeného v Rusku podle TU 5734-072-6854090-98, který zahrnuje portlandský cementový slínek, sádrový kámen, hliníkovou strusku nebo jiné přírodní nebo umělé materiály obsahující hliník, jakož i granulovanou vysokopecní strusku [2].

Je znám předpínací cement, získaný společným mletím slínku portlandského cementu a předpínací složky, která obsahuje hlinitou strusku a další hliník obsahující látky, sádru a vápno jako aktivátor [3].

Kalcinovaná soda je také známá jako aktivátor tuhnutí cementu; přidává se v množství 0,5-2,0 % hmotnosti směsi [4].

Nejbližším technickým řešením navrhované kompozice je cementová kompozice obsahující hmotn. %: hlinitý cement 8,5-56,5; portlandský cement 24-40; stavební sádra 10-35; povrchově aktivní přísada 0,5-3,5; voda je zbytek [5].

Hlavní nevýhodou známého technického řešení je nízká rychlost nárůstu pevnosti a expanze v počátečním období (do 30 minut po instalaci kotvy), což výrazně snižuje rozsah použití takových směsí. Například v důlních dílech je často kvůli hornickým a geologickým podmínkám nutné mít po 30 minutách pevnost upevnění kotvy alespoň 20-30 kN. Ve stavebnictví je také potřeba zajistit kotvu s rychlým nárůstem pevnosti v počátečním období. Pevnost v tlaku tuhnoucí cementové směsi by v tomto případě měla být alespoň 8-10 MPa, lineární roztažnost cementové směsi by měla být alespoň 0,5 %.

Známé kompozice expandujících cementů, včetně těch, které obsahují aktivátor tuhnutí – kalcinovanou sodu, mají po 30 minutách tvrdnutí nízkou pevnost a nedostatečnou lineární roztažnost, která až po několika hodinách či dokonce dnech dosáhne požadovaných hodnot.

Cílem vynálezu je vyvinout cementovou směs pro upevnění kotev, která poskytuje expanzní účinek v počátečním období, tj. zkrácení doby tuhnutí směsi.

Toho je dosaženo tím, že expandující cementová směs pro upevnění kotev včetně portlandského cementu, hlinité strusky, sádrové složky obsahuje hlinitou strusku s obsahem oxidu křemičitého nejvýše 10 hm.% a navíc aktivátor tuhnutí – kalcinovanou sodu v následujícím poměru složek, %:

Portlandský cement 50-55
Stanovená aluminová struska 26-35
Sádrová složka 10-20
Soda 0,5-2,0 % hmotn. suché směsi.

Použitý portlandský cement je neaditivní portlandský cement, který kromě sádry neobsahuje žádné minerální přísady.

Právě tímto složením se v počátečním období hydratace a tvrdnutí cementové směsi vytváří ve vodném roztoku optimální alkalické prostředí a potřebná koncentrace CaO, Al₂О₃ a SO₃, díky čemuž dochází ve tvrdnoucím cementu k intenzivní tvorbě ettringitu 3CaO Al₂О₃3CaSO₄32H₂O, která zajišťuje vysokou počáteční pevnost a dostatečnou roztažnost cementové směsi. Tyto podmínky také zajišťují stabilní fázové složení vytvrzovací směsi a zvýšení pevnosti s danou vytvrzovací směsí, což v konečném důsledku dává upevnění trvanlivost.

Expanzní cementovou směs lze vyrábět v cementárnách. Aluminová struska je předdrcena na optimální jemnost mletí odpovídající 5-10 % zbytku na sítu s velikostí buněk 80 mikronů. Tato struska se poté mele spolu s portlandským cementem, sádrou a uhličitanem sodným na specifický povrch směsi 4000-6000 cm2/g. Při použití se do hotové cementové směsi přidává voda v množství nezbytném pro získání požadované konzistence.

Pro experimentální testování navržené expandující cementové směsi byla připravena dvě složení (viz tabulka) a byly stanoveny hodnoty počátečního a konečného tuhnutí, pevnosti v tlaku a lineární roztažnosti.

Jak je z tabulky patrné, zavedení hlinitanového cementu se sníženým obsahem SiO do známé směsi₂, neaditivní portlandský cement a přídavný aktivátor tuhnutí ve formě uhličitanu sodného umožňuje výrazně zvýšit počáteční pevnost a expanzi cementu v počátečním období.

Zdroje informací
1. Patent USA č. 5458195, tř. E 21 B 33/138, op. 17.10.95.
2. TU 5734-072-46854090-98 “Tlakový cement”.

3. Výzkumný ústav železobetonu. Technologie předpjatých cementových a samopjatých železobetonových konstrukcí. — M.: Stroyizdat, 1975, str. 24.

4. Ramachandra V.S. Přísady do betonu. Referenční příručka. — M.: Stroyizdat, 1988, s. 76, prototyp.
5. Žádost Ruské federace č. 92003546, tř. Od 04 do 28/04. op. 20.07.1996, prototyp.

Nároky (2)

1. Expandující cementová směs pro upevnění kotev, obsahující portlandský cement, hlinitou strusku a sádrovou složku, vyznačující se tím, že hlinitá struska obsahuje nejvýše 10 % hmotn. oxidu křemičitého – SiO.₂ a navíc aktivátor tuhnutí – soda v následujícím poměru složek, %:

Pojem expandující cement zahrnuje celou skupinu směsí, které v průběhu hydratačního procesu nejen nabývají na síle, ale také nabývají na objemu. Princip jejich fungování je podobný „práci“ polyuretanové pěny, i když stupeň expanze je samozřejmě mnohem skromnější.
1. Co představují?
2. Aplikace
3. Popis různých typů
4. Ceny
Expanzní směsi se vyrábějí na různých základech, ale nejčastěji je pojivem v jejich složení několik složek. Jejich role jsou:
- klinker PC;
- hlinitý struskový cement;
- sádra pro urychlení tuhnutí.
Zvětšení objemu klasických cementových malt je zajištěno zavedením 5 až 20 % expandující složky. Zpravidla se jedná o různé sloučeniny hliníku, vápníku, méně často hořčíku. Při kontaktu s vodou se rozpadají a mění svůj objem. Spolu s nimi také expanduje cement, aniž by ztratil pevnost, jako se to děje při tvorbě pórů v pórobetonu.

Vyznačují se vysokou cenou a technické vlastnosti cementu různého původu se mohou výrazně lišit. Proto je před nákupem velmi důležité určit rozsah použití stavebního materiálu a podmínky jeho provozu, protože většina směsí je úzkoprofilová a může být neúčinná.

V individuální výstavbě má smysl koupit RC pro opravy a lepení částí železobetonových konstrukcí (základové bloky, podlahové desky), stejně jako cementové omítky povrchů. Hlavními spotřebiteli těchto směsí však zůstávají velké stavební projekty, vodní stavby a továrny vyrábějící betonové prefabrikáty. Důvodem je úzká „specializace“ nesmršťovacích cementů a jejich vysoké ceny.

Téměř u všech typů betonu dochází během procesu tvrdnutí k určitému smršťování. K tomu dochází, když z čerstvě nalitého monolitu postupně uniká zbylý vzduch a plniva se vlastní vahou prohýbají a zhutňují. Vibrační působení pomáhá vyhnout se změnám rozměrů konstrukce, ale to není vždy vhodné. V takových případech si můžete koupit expandující směsi, které svými vlastnostmi kompenzují smrštění kapalného roztoku.

Mohl by vás zajímat článek o vlastnostech cementových kompozic značky M400.

Většina kompozic, které jsou schopné expanze, má vodoodpudivé vlastnosti. Další možností je tedy hydroizolace konstrukcí. Vlastnost expandujícího roztoku vyplňovat dutiny vedla k širokému použití takových cementů pro opravy a restaurátorské práce.

druhy

1. Expandování portlandského cementu.

Je označen jako RPC a vyrábí se z vysokopecní strusky, která výrazně zvyšuje pevnost betonu. Ke změnám objemu dochází pouze ve vodním prostředí, pro které by se mělo napařovat – jednoduchá zálivka nebude mít žádný efekt.

V závislosti na intenzitě tepelného zpracování beton na bázi portlandského cementu tvrdne za 30-80 hodin. Ke změně jeho objemu však dochází nelineárně, což narušuje geometrii ploch. Z tohoto důvodu by se RPC neměla používat jako vrchní omítka.

2. Sádra-oxid hlinitý.

Expandovaný sádrohlinitý cement (označený GGRTS) se skládá ze 70 % strusky a 30 % sádry. Nejenže zvětšuje svůj objem, ale je schopen jej i udržet. Důvodem je, že dihydrát sádry poskytuje řešení s velmi rychlým tuhnutím.

Nelze jej však nazvat absolutně bez smršťování, protože GGRTS se při tuhnutí na vzduchu stále trochu smršťuje a „roste“ pouze ve vodním prostředí. Dalším výrazným znakem tohoto složení je schopnost použití při nízkých teplotách (do -25 °C) a zachování vlastností i při častých změnách. Proto se sádro-hlinitý RC používá nejčastěji v zimě a mimo sezónu.

Při práci se sádrovou směsí je však třeba mít na paměti, že tento materiál se nesnáší s vodou. Expandující hlinitanový cement ztrácí některé ze svých vlastností jak za tepla (nad +35 °C), tak za vlhka. Ale po úplném vytvrdnutí betonu tento problém zmizí.

Je zakázáno stavět jakékoli konstrukce ze sádro-hlinitých variant, které budou vystaveny vysokému tepelnému zatížení +80 °C.

Nejmladší typ RC, vyrobený smícháním portlandského cementu s plastifikačními přísadami bez použití strusky. Od běžného RPC se liší svými vysokými pevnostními charakteristikami a zcela předvídatelnou lineární roztažností. Tyto vlastnosti umožňují použití portlandského cementu tam, kde je požadován hladký povrch: při stavbě silnic, při instalaci vyrovnávacích potěrů.

Ve většině případů je jeho použití ekonomicky výhodné, protože není potřeba používat měkčenou směs v její čisté formě. Stačí jednoduše přidat něco z toho do hlavního pracovního řešení.

Expanzní cement, který má vysoké vodoodpudivé vlastnosti, našel široké uplatnění jako hydroizolační stavební materiál. Je požadován tam, kde jsou železobetonové konstrukce neustále vystaveny vodě: zdymadla, nádrže pro různé účely, tunely, podzemní kanalizační systémy.

Tato skupina zahrnuje dva typy RC, rozdělené podle stupně smrštění:

Expandování (VRC) se vyrábí na bázi hlinitanového cementu (jeho obsah ve hmotě je cca 70 %) a 20 % sádry. Zbývajících 10 % tvoří hydroaluminát vápenatý. Waterproof RC je klasifikován jako rychle tvrdnoucí kompozice, protože začíná tuhnout za pouhých 5-10 minut.

Bezsmršťovací cement (VBC) je svým chemickým složením velmi podobný výše popsanému, pouze poměry vypadají poněkud jinak:
- 75 % – hlinitanový cement;
- 7 % – dihydrát sádry;
- 18% – hydroaluminát.
Druhý typ hydraulického cementu se vyznačuje mírným zvětšením objemu.

Od ostatních typů materiálů se liší zvýšenou nepropustností pro vodu a různé plyny. Navíc velmi rychle získává vysokou pevnost; již první den jeho pevnostní třída odpovídá B15 a po úplném vytvrzení B50. Složení napěťového roztoku je přibližně následující:
- 75 % portlandského cementu;
- 15% cement na bázi vysokopecní strusky;
- 10 % sádry.
Stresový cement získal své jméno díky svému speciálnímu účinku na výztuž v železobetonových konstrukcích. Během procesu expanze betonu na bázi NC dochází v ocelových prutech k předpětí. Cementový napínací kámen, zvětšující se objem, je zdánlivě protahuje a vytváří značnou sílu od 700 do 4000 kPa. To poskytuje železobetonové výrobky se zlepšenými výkonnostními charakteristikami: speciální pevnost, odolnost proti praskání a působení vody.

Tyto vlastnosti se ukázaly jako užitečné pro výrobu a monolitování zvláště kritických struktur; podlahové desky a stěnové panely, nádrže, prefabrikované železobetonové mostní prvky.

Stresový cement má svou vnitřní klasifikaci, kde každá značka ovlivňuje výztuž v jiné míře. Čím vyšší číslo v označení, tím vyšší bude úroveň vlastního napětí v prutech:
- NC 10 (nemá prakticky žádný vliv na namáhání výztuže a je ekvivalentní konvenčním bez smršťování);
- NC 20;
- NC 40;
- NC 60.
Nejoblíbenější z uvedených značek je předpínací cement s označením NC 40, který si v našem popisu zaslouží samostatná slova. Koneckonců, při konstrukci nebo opláštění různých objektů vám použití NC 40 umožňuje zcela opustit hydroizolační opatření. A to už je výborný způsob, jak ušetřit na nákladech na hydroizolaci a přiblížit termín dokončení. Tahové cementy jsou schopny expandovat až o 1-2 % svého původního objemu.

Výrobce a typ Hmotnost balení, kg Cena za pytel, rublů

Eurocement RPC 25